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文檔簡介
1、射頻微機電(RF MEMS)諧振器以其體積小、功耗低、抗震性能好、Q值高以及與 IC(集成電路)工藝兼容的優(yōu)勢成為極具潛力的晶體諧振器替代品。近年來MEMS諧振器的研究得到了很大的關(guān)注,但現(xiàn)在對 MEMS諧振器(特別是靜電MEMS諧振器,又稱電容式MEMS諧振器)的研究大多還處于實驗階段,要實現(xiàn)其應(yīng)用還有幾個關(guān)鍵問題需要解決,如動態(tài)阻抗過大問題。
本論文討論了靜電MEMS諧振器的性能及其影響因素,通過設(shè)計新的支撐結(jié)構(gòu)減小諧振器
2、的錨點損耗,采用移動電極法在傳統(tǒng)工藝下實現(xiàn)納米級縫隙以降低諧振器動態(tài)阻抗,并對靜電MEMS諧振器做了深入研究。本論文主要內(nèi)容如下:
1.針對靜電MEMS諧振器動態(tài)阻抗過大的問題,設(shè)計了一種帶有扣鎖結(jié)構(gòu)的可移動電極,這種移動電極可以在傳統(tǒng)SOI(Silicon on Insulator)工藝下,諧振器厚度20μm時,將電極與諧振體的縫隙減小到50nm。并利用一個70MHz的方塊MEMS諧振器對此移動電極移動前后的傳輸曲線進行仿真
3、,通過仿真計算得到動態(tài)阻抗從移動前的44MΩ降低到280Ω。這種帶扣鎖結(jié)構(gòu)的移動電極的優(yōu)勢是電極移動只需要一次,實現(xiàn)扣鎖后不需要再加制動電壓。
2.為進一步提高側(cè)邊振動MEMS諧振器的Q值,本文設(shè)計了一種十字形支撐結(jié)構(gòu),與自由梁諧振器錨點設(shè)計原理類似,在直梁支撐上的振動零點處接入一根橫梁來實現(xiàn)。針對方塊諧振器和圓環(huán)諧振器兩種諧振器接入直梁支撐、T形梁支撐和十字梁支撐進行仿真,結(jié)果顯示兩種諧振器結(jié)構(gòu)均在十字梁支撐時 Q值最大,即
4、錨點損耗最小。
3.研究靜電MEMS諧振器電路等效模型,首先采用等效質(zhì)量法和等效剛度法建立諧振器機械等效模型,然后采用機電類比法建立等效電路模型。利用所建立的等效模型進行 MEMS諧振器的非線性研究,設(shè)計了一種可以有效得到靜電MEMS諧振器非線性的仿真方法,并對諧振器的機械非線性進行了仿真。
4.通過對MEMS諧振器的工藝流程及版圖設(shè)計的研究,最終設(shè)計了幾種側(cè)邊振動的MEMS諧振器,然后對他們進行了基于表面微加工工藝
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